Principal diferença - tensão superficial vs. energia superficial

A tensão superficial e a energia superficial são medidas de forças intermoleculares que constituem um material. Devido a essas forças intermoleculares, uma superfície líquida está sempre sendo puxada para dentro. Para esticar a superfície, deve-se trabalhar para superar as forças intermoleculares. A tensão na superfície de um líquido e a quantidade de trabalho necessária para esticar essa superfície podem ser medidas: e essas medidas correspondem à tensão superficial e à energia superficial. o principal diferença entre a tensão superficial e a energia superficial é que a tensão superficial mede a força por unidade de comprimento da superfície enquanto a energia de superfície mede a quantidade de trabalho que precisa ser feito por unidade de área, a fim de esticá-la.

O que é tensão superficial

Considere uma amostra de líquido em um recipiente. O líquido é mantido coeso pelas forças intermoleculares coesivas entre as moléculas que o constituem. Uma molécula dentro do recipiente está sendo puxada em todas as direções pelas outras moléculas que a cercam. No entanto, se você considerar as moléculas da superfície superior, as moléculas abaixo delas ainda as estão puxando para baixo, mas não há moléculas líquidas acima delas para puxá-las para cima. Isso significa que há uma rede de força descendente sobre essas moléculas. Como resultado, toda a superfície do líquido está sendo puxada para dentro. É essa força interna nas superfícies que faz com que os líquidos formem gotículas quase esféricas quando estão livres.

Moléculas na superfície de um líquido são expostas a forças coesivas abaixo delas. Isso faz com que as superfícies líquidas sejam puxadas para dentro.

A tensão superficial faz com que a água forme gotículas quase esféricas.

A superfície do líquido atua como uma membrana sob tensão. Tensão superficial

pode ser quantificado como a força

atuando por unidade de comprimento

da superfície:

Aqui a força

atua paralelamente à superfície do líquido e

é o comprimento sobre o qual a força atua. Por exemplo, imagine puxar uma película de líquido e esticá-la. Isso é mostrado no diagrama abaixo:

Tensão superficial em uma película de líquido

Aqui a força

puxa a membrana mostrada em azul escuro, esticando o filme líquido. Uma vez que existem duas superfícies no filme (superfícies superior e inferior), o comprimento total é

. Isso significa que, para este filme,

O que é energia de superfície

Devido às forças intermoleculares entre as moléculas, o trabalho precisa ser feito em uma superfície para esticá-la. A superfície ganha uma quantidade de energia igual ao trabalho que foi feito na superfície. Energia de superfície refere-se à quantidade de energia necessária por unidade de área para esticá-la. Para o filme de líquido acima, suponha que a membrana seja puxada por uma distância

. Então, o trabalho feito é

. O aumento da área da superfície é dado por

. Então, a energia da superfície

É dado por:

Diferença entre tensão superficial e energia superficial

O que mede

Tensão superficial mede a força aplicada paralelamente a uma superfície aplicada por unidade de comprimento.

Energia de superfície mede a energia necessária por unidade de área para criar uma nova superfície.

Imagem Cortesia

“Wasser in Tropfen und an der Phasengrenze” por Usuário: Booyabazooka (próprio trabalho) [Domínio Público], via Wikimedia Commons

“Este diagrama ilustra a força necessária para aumentar a área de superfície…” por Rudolf.hellmuth (Trabalho próprio) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons (Modificado)

“Gotas de água na folha de lótus” de aotaro (Trabalho próprio) [CC BY 2.0], via flickr